Filter placement in DAGs

Hilton, J., Fals, H., & Trevisan, R. en su articulo87, realizaron un estudio sobre la susceptibilidad al agrietamiento inducido por el hidrógeno de uniones soldadas de aceros API –X80 (vease la composicion quimica y propiedades en la tabla 18), expuestas a un ambiente saturado en ácido sulfhídrico (H2S). Fue empleado el ensayo G-BOP modificado. El proceso de alambre tubular, con dos metales de aporte, E71-T1 y E71-T8K6, fue usado, manteniendo constante los parámetros del proceso de soldadura. Las probetas fueron soldadas a temperatura ambiente y también tras precalentamiento a 100 °C.

Tabla 18 - Composición química (% en peso) y propiedades mecánicas del acero API 5L - X80. Elementos Acero API 5L – X80

%C 0,04 %Mn 1,75 %Si 0,17 %P 0,019 %S 0,004 %Al 0,032 %Nb 0,073 %V 0,005 %Ti 0,013 %Cr 0,21 %Cu 0,01 %Mo 0,016 %Ni 0,02 %N 0,0035 %B 0,0002 %Ca 0,0014 %Sb 0,01 Pcm 0,156

Resistencia a la tracción (MPa) 674

Limite de fluencia (MPa) 561

Alargamiento (%) 27

Dureza (HB) 206

Fuente: Revista Metalurgia [87].

87

Hilton, J., Fals, H., & Trevisan, R. (2009). Susceptibilidad a grietas inducidas por hidrogeno en ambiente corrosivo de H2S de juntas soldadas de acero API 5L - X80. Revista de Metalurgia, 45 (4) , 267 - 276.

Para la soldadura se usaron dos alambres tubulares, uno, autoprotegido, E71T8-K6 (FCAW-S), con diámetro 1,7 mm y, el otro, con protección gaseosa de CO2, E71T-1 (FCAW-SG), con diámetro 1,6 mm (AWS A5.29).

La selección de ambos alambres se basó en la semejanza de la composición química del depósito con el acero API-X80 y su especificación para la soldadura de oleoductos. Además, se consideró que sus depósitos garantizan obtener límites de fluencia inferiores al del material base, que posee un límite de fluencia de 561MPa, lo cual se recomienda para evitar la formación de grietas en la región fundida de aceros de alta resistencia y baja aleación. Esta técnica se aplica industrialmente y se conoce en la literatura como Undermatched88.

Para el desarrollo del proceso se empleó una fuente de soldadura multiproceso y sinérgica. El proceso de soldadura fue totalmente automatizado, usando para el desplazamiento de la antorcha un sistema de velocidad controlada.

Los bloques soldados del ensayo G-BOP (vease figura 28) modificado emeplados en esta investigacion fueron expuestos a un ambiente saturado en H2S, según recomienda la norma NACE TM0284. Los cordones de soldadura fueron caracterizados microestructuralmente y realizados análisis de hidrógeno residual en las probetas.

Figura 28 – Bloque de ensayo G-BOP.

Fuente: Revista Metalurgia [87].

El procedimiento nos ayudara a evaluar la fragilidad inducida por el hidrógeno en chapas de aceros destinados a la construcción de recipientes a presión y tuberías. Este consistió en introducir en la célula de corrosión (figura 29), las probetas soldadas del ensayo G-BOP, después de haber sido enfriadas hasta la temperatura ambiente. En correspondencia con la norma NACE TM0284, el ensayo comenzaba después de 60 min de introducción de H2S en el sistema.

Las probetas del ensayo G-BOP, fueron expuestas a una solución de cloruro de sodio (NaCl) y ácido acético (CH3COOH) (solución A / NACE TM0284), saturada con

88

H2S a temperatura ambiente y presión constante, durante 96 h. El pH inicial de la solución fue de 2,7 (±0,1) y el final no debía ser superior a 4,0, para que el ensayo fuera considerado valido.

Figura 29 – Representación esquemática de la célula de corrosión usada para evaluar las grietas inducidas por el hidrogeno en presencia de H2S (NACE TM0284).

Fuente: Revista Metalurgia [87].

Después de realizado el ensayo se retiró el elemento de fijación. Luego, fue aplicado un calentamiento localizado sobre el cordón de soldadura en la región de la entalla, con el objetivo de oxidar la zona de la sección transversal del cordón que se había agrietado y permitir su identificación. Después, se realizó la abertura de las probetas, fijando una de las partes, y aplicando un impacto sobre la otra.

Tabla 19 – Agrietamiento inducido por el hidrogeno. Probetas soldadas sin precalentamiento.

Fuente: Revista Metalurgia [87].

Se observaron y calcularon las áreas de las superficies de fractura de las grietas inducidas por el hidrógeno y se analizaron los modos de fractura ocurridos, el factor GH usado en el ensayo G-BOP para calcular el porcentaje de grietas de carbono (ver

tabla 19).

Se destaca, en la figura 30, que las probetas soldadas con precalentamiento de 100 °C , presentaron una única morfología de fractura, que correspondía a la fractura del cordón de soldadura que tuvo lugar durante la apertura de la probeta de ensayo, lo

que demuestra la no aparición de grietas inducidas por el hidrógeno en estas condiciones experimentales. Se constató que el precalentamiento a 100 °C fue suficiente para evitar el agrietamiento.

Figura 30 – Macrografías de las fracturas de los cordones de soldadura. A) Probeta soldada con el alambre E71T8-K6 a temperatura ambiente. B) Probeta soldada con el alambre E71T8-K6

precalentada a 100 °C.

Fuente: Revista Metalurgia [87]. Los resultadosmás importantes los siguientes:

 La metodología propuesta en esta investigación, promovió la absorción de hidrógeno, que fragilizó y aumentó la susceptibilidad al agrietamiento del cordón de soldadura.

 El depósito obtenido con el alambre tubular autoprotegido E71T8-K6 fue más susceptible al agrietamiento inducido por el hidrógeno.

 La concentración de hidrógeno residual fue el factor que más influyó en la formación de grietas en el cordón de soldadura, aunque también la microestructura del metal depositado juega un papel destacado.

 La temperatura de precalentamiento de 100 °C fue suficiente para evitar la formación de grietas inducidas por el hidrógeno, a pesar del ambiente saturado en H2S.

 El análisis de los micromecanismos de fractura permitió comprobar el efecto fragilizador del hidrógeno en el material, revelándose un mecanismo de fallo mixto, en el que el incremento del nivel de hidrógeno supone el aumento porcentual de los procesos de fractura frágil (clivaje).

8.2.9 PROCEDIMIENTO CALIFICADO DE PROCESO FLUX CORED ARC WELDING (FCAW) MEDIANTE TRANSFERENCIA PULSADA.

Gonzalez, J. C., & Soriano, G. G. en su tesis89, califica un procedimiento de soldadura FCAW – G con un modo de transferencia pulsado siguiendo los procedimientos de la norma API 1104, apoyandose en las normas ASTM E23-91 y ASTM 370, realizando inspeccion visual, liquidos penetrantes y radiografia, ensayos

89

Gonzalez, J. C., & Soriano, G. G. (2001). Soldadura del acero API 5L - X52 mediante el proceso Flux Cored Arc Welding (FCAW) con transferencia pulsada. Caracas, Venezuela: Universidad Central de Venezuela.

destructivos (Traccion, doblado de cara y raiz), ensayo Charpy – V, ensayo de Dureza y un barrido metalográfico. El proceso se califica en una tuberia API 5L – X52 de 500 mm de diametro y 10 mm de espesor, en un diseño de juntas en V, sin talon de respaldo, donde se uso un alambre tubular de 1,6 mm AWS E71T-1 y proteccion gaseosa de Argón con 20% de Dioxido de Carbon (AGAMIX 20).

La obtención de los parámetros de pulso, fue realizada basándose en el criterio de Burnoff, descrito por Amin90, en la cual se relacionó: la Velocidad de alimentación (VA) de 3 m/min con una Intensidad media de 165 Amp, y se obtuvieron los siguientes valores: Intensidad base (IB) 50 Amp, Intensidad pico (IP) 415 amp, tiempo base (tB) 3,4 mseg, tiempo pico (tP) 7,5 mseg.

Modo de transferencia metálica en FCAW.

La transferencia metálica en el proceso FCAW es una combinación de los tipos básicos de transferencia del proceso GMAW, es decir el metal puede ser transferido en forma globular, cortocircuito, spray y modo pulsado. El tipo de transferencia depende de la formulación del fundente interno así como también del voltaje y corriente del arco, según la AWS.

Souza91 explica que los diferentes tipos de transferencia metálica están relacionados con un balance de fuerzas que actúan en el desprendimiento de las gotas y por el tipo de proceso de soldadura usado. La figura 31 representa estas fuerzas que actúan directamente sobre la punta del electrodo y estas son: peso (Fp), tensión superficial gota-cáscara metálica (Ftm), y gota escoria (Fte), fuerza electromagnética de Lorentz (Fc), fuerza de arrastre del plasma (Fd), fuerza de evaporación metálica (Fv), y la fuerza debido a las reacciones químicas (formación de burbujas de gases en el interior de la gota de metal fundido) (Fq).

Figura 31 – Esquema de las fuerzas que actúan en la transferencia metálica FCAW. A) Gota ligada físicamente a la cascara metálica, B) Gota ligada a la protección gaseosa.

Fuente: Trabajo especial de grado [89].

90

Amin, M. “Pulse current parameters for arc stability and controlled metal transfer are welding”. Metal Construction, vol. 15, n. 5, 1983, pag 272-278.

91

Souza P.C.R.D. “Análise da transferencia metálica na soldagem com arame tubular”. Congreso V Ibero Americano de Soldagem, 1998

Wang y colaboradores92 definen las fuerzas de Lorentz como la causante del encuellamiento y la separación de las gotas de metal fundidas desde la punta del electrodo, estas se producen gracias a las fuerzas electromagnéticas que se generan cuando pasa la corriente a través del electrodo. La fuerza de tensión superficial depende del tipo de metal y del diámetro del alambre. La fuerza de arrastre debido al plasma colabora para la separación de la gota al igual que la de gravedad.

Adicionalmente establecen que comparado el FCAW con GMAW, el primero es más complicado debido a la interacción existente entre la cáscara metálica y el núcleo del electrodo. Una sección transversal de un alambre para FCAW es mucho menor que una de GMAW del mismo diámetro, por lo tanto la transferencia metálica en este alambre siempre ocurre a mayores densidades de corriente.

Dentro de la transferencia metálica del proceso FCAW se han observado tres etapas diferentes: formación y crecimiento de la gota, encuellamineto y desprendimiento. Dentro de la etapa de encuellamiento se encuentras dos subetapas, las cuales son similares a las del proceso de soldadura por arco sumergido (SAW).

En la primera de estas subetapas la gota está ligada a la cascara metálica y en la segunda subetapa esta se encuentra solamente ligada a la protección de la escoria que se encuentra en la punta del electrodo. En la primera etapa de formación y crecimiento de la gota la corriente fluye a través de la gota y la hace crecer, posteriormente comienza la segunda etapa en donde la acción de las fuerzas de Lorentz, de arrastre del plasma producida por el gas de protección, de tensión superficial gota-cascara metálica y gota escoria, peso, de las reacciones químicas y de evaporación metálica actúan de manera tal que logran producir el encuellamiento y la separación de gota desde la punta del electrodo.

Predicción de los parámetros de soldadura empleando arco pulsado para la estabilidad del arco y control de la transferencia metálica.

La predicción de los parámetros del pulso para corriente pulsada está basada en tres requerimientos esenciales para la técnica de soldadura MIG pulsado (GMAWP) usando alambre macizo.

CRITERIO DE BURNOFF.

La consideración necesaria al trabajar con este método, es construir una relación funcional que represente todas las posibles condiciones de los parámetros del pulso (IP, IB, tP, tB), pertenecientes a una corriente media específica (IM). Una vez seleccionadas las mejores combinaciones, los valores obtenidos de IM se grafican con sus respectivas velocidades de alimentación, obteniéndose una grafica como la

figura 32.

Para la construcción de esta zona paramétrica se debe hallar como primer paso una relación entre la corriente media y la velocidad de alimentación en GMAW-P usado

92

Wang, W.; Lui S.; Jones J. E. “Flux Cored Arc Welding: Arc, Processing and metal transfer characterization”. Welding Journal, vol. 74, n. 11, 1985, pag. 369 - 377.

parámetros experimentales según el siguiente procedimiento: realizar soldaduras tomando en cuenta varios parámetros de las mismas, los cuales se seleccionan por ensayo y error, tomando solamente en cuenta los de mayor estabilidad del arco y con una longitud del mismo más o menos constantes. El criterio es desarrollado y analizado en las páginas 17 a 22 de la tesis93.

Figura 32 – Grafico del criterio de Burnoff para soldadura convencional y por arco pulsado.

Fuente: Trabajo especial de grado [89].

Otros criterios de prediccion de los parametros del pulso son: Criterio de la transferencia metálica establece que a pesar de que todas las condiciones del pulso expresadas por la ecuación 5 en la zona paramétrica podrían satisfacer el criterio de “Burnoff”, algunas combinaciones podrían no producir transferencia metálica tipo spray, si IP e IB no fuesen suficientemente aptas como para transmitir el volumen de gota requerido. Así que la zona paramétrica debe ser limitada para lograr satisfacer el criterio de la transferencia metálica.

El Criterio de estabilidad del arco se basa en la necesidad de limitar la corriente base debido a que el arco no es estable para todos los valores de este parámetro, sobre todo en los valores más bajos.

Resultados experimentales y análisis.

Luego de conocer los criterios para establecer las condiciones y parámetros del pulso, en la tesis se procede a definir los siguientes valores:

a. Caracterización química y mecánica del material y depósito. b. Selección de los parámetros de soldadura:

 Criterio de Burnoff.

 Diámetro metálico del alambre tubular.  Calculo del volumen teórico de la gota.

93

Gonzalez, J. C., & Soriano, G. G. (2001). Soldadura del acero API 5L - X52 mediante el proceso Flux Cored Arc Welding (FCAW) con transferencia pulsada. Caracas, Venezuela: Universidad Central de Venezuela.

 Calculo del tiempo del ciclo para la transferencia pulsada.  Parámetros teóricos de la transferencia pulsada.

 Parámetros de soldadura: determinación del parámetro optimo, oscilogramas de pulso, determinación de la penetración y altura del cordón.

c. Cupones de prueba. d. Ensayos no destructivos.

 Inspección visual.

 Inspección por líquidos penetrantes.  Inspección por radiografía.

e. Ensayos mecánicos (destructivos).  Ensayo de tracción.  Ensayo de doblez.  Ensayo Charpy. f. Macrografía. g. Ensayo de dureza. h. Micrografías.

i. Registro del procedimiento de soldadura (RCP). Al finalizar la tesis los autores concluyen que:

 La evaluación del procedimiento de soldadura FCAW-G con transferencia pulsada, aplicado en la tubería API 5L-X52, califica según la norma API 1104.  El criterio de Burnoff para la selección de los parámetros de arco pulsado es

aplicable al proceso de soldadura con alambre tubular.

 Los parámetros del arco pulsado calculados, VA = 3 m/min, IP = 415 amp, IB = 50 amp, tP = 3,4 mseg y tB = 7,5 mseg, garantiza una adecuada calidad en las juntas soldadas.

 La soldadura FCAW-G con transferencia pulsada, reportó un excelente acabado superficial con escasas salpicaduras y porosidades.

 Las propiedades mecánicas evaluadas en las juntas soldadas FCAW-G con transferencia pulsada, cumplen con los requerimientos establecidos en la norma API 1104.

8.2.10 NUEVOS PROCESOS DE SOLDADURA IMPLEMENTABLES EN LA CONSTRUCCION DE GASODUCTOS.

Coloma Vera, P. A. en su tesis94, en el tercer caso de su estudio establece la planeación de las actividades de soldadura para el pilotaje de las instalaciones marítimas de un proyecto LNG en la costa peruana, ver figura 33.

En este caso el autor tiene como objetivo la elaboración y comparación técnico económica de los diferentes procedimientos posibles de soldadura a ser utilizados en taller de fabricación de pilotes y en el montaje de las estructuras sobre los pilotes hincados. Se planificara la soldadura del pilotaje. Se soldarán 540 pilotes los cuales están constituidos por secciones tubulares de material API 5LX52 y API 5LX65 en diámetros de 32” a 48”. Los espesores a soldarse variarán desde 0.866” hasta 1.5”.

94

Coloma Vera, P. A. (2007). Planificacion, construccion y reparacion de construcciones soldadas: analisis de tres casos. Lima - Peru: Pontificia Universidad Catolica del Peru.

Figura 33 – Vista de las instalaciones portuarias del proyecto LNG en Pampa Melchorita – Perú.

Fuente: Tesis PUCP [94].

Los pilotes estarán formados por la unión de secciones de 12m de estas tuberías. Cada pilote estará formado por tres tuberías soldadas. A esta soldadura se le llamará soldadura de taller (shop welding). Existirán uniones soldadas entre espesores desiguales sin respaldo y se permite la soldadura con respaldo (backing) metálico para las uniones de espesores iguales. Los pilotes soldados serán clavados en el mar y en el extremo superior del mismo será soldado a las estructuras del muelle (trestle) con juntas de surco (groove welds) de penetración completa soldadas desde un solo lado. A esta soldadura se le llamará soldadura de campo (field welding). Para este proyecto se plantea una solución basada en los siguientes ítems:

 El pilotaje y las estructuras del muelle serán fabricados cumpliendo los requerimientos del API RP2A WSD (Design and Construction of Fixed Offshore Platform) y el AWS D1.1 (Structural Welding Code Steel) .Los pilotes cumplen con las especificaciones de API 5L Specification for Line Pipe. Además se debe cumplir con los requerimientos de CDB (Structural Steel Specification y Pile Steel Specification). Los pilotes serán soldados con la base inferior de las estructuras del muelle, en cuyo lugar se encuentra el material API 2H Grado 50.  Los plazos de construcción (40 meses) hacen imprescindible la optimización de

las tasas de metal depositado. Para alcanzar ello, la soldadura semiautomática y mecanizada deberán ser consideradas como las opciones más adecuadas.  Para las uniones de espesores iguales con respaldo, se optimizará la capacidad

productiva implementando el proceso SAW (arco sumergido) luego de ejecutar los primeros 2 pases con FCAW-G. Los primeros pases con un proceso semiautomático permitirán:

a. Poder corregir pequeños errores de alineamiento y preparación de juntas. b. Aumentar el espesor de metal sobre el cual se depositará metal de soldadura

con SAW. El proceso SAW utilizará valores de amperaje de alrededor de 600 A con alambre de 4.0 mm para poder mantener una tasa productiva alta. Por lo tanto se requerirá un espesor de metal suficiente que sirva como respaldo del primer pase hecho con SAW.

Figura 34 – Ciclo modificado de cortocircuito que describe el funcionamiento RMD.

Fuente: RMD Basics – Miller Electric Inc.

 El sistema RMD (Regulated metal deposition) viene siendo usado en diferentes proyectos alrededor del mundo para realizar pases de raíz de manera semiautomática. El RMD es una modificación controlada por software de la transferencia cortocircuito convencional. El ciclo de corriente presente en el RMD se muestra en la siguiente figura. Se aplicará en posición vertical descendente. Se obtendrán velocidades de avance en el rango de 10 pulg/min en la raíz, un valor que dobla las velocidades de otros procesos. Ver figura 34 y

35.

Figura 35 – Imágenes de la aplicación de RMD en un proyecto de pilotaje en Brasil.

 Para la soldadura sin respaldo de espesores desiguales, se debe seleccionar un proceso semiautomático para la raíz. Se selecciona la alternativa RMD para el pase de raíz con alambre sólido seguido de 3 rellenos con el proceso FCAW-G. Posteriormente se aplicará SAW para completar la junta.

 La utilización de SAW permitirá reducir los tiempos de fabricación al máximo, ya que con alambre de 4.0 mm se pueden obtener tasas de deposición de hasta 10 kg/h con valores de corriente de 600 A. Los proyectos de construcción masiva siempre intentan implementar procesos mecanizados para incrementar la productividad. El proceso SAW para esta aplicación requerirá la implementación de un sistema de rodillos viradores (turning rolls) que exigirán una inversión de $ 60 000. Sin embargo las tasas de producción obtenidas justificarán ampliamente la selección. Ver figura 36.

Figura 36 – SAW para el relleno y acabado girando sobre rodillos viradores “turning rolls” para el shop welding.

Fuente: Bira Costa Millerwelds Brasil.

Al implementar la solución descrita anteriormente el autor logro que se aprobaran los procedimientos propuestos por la ingeniería del proyecto en Saipem Francia y por el cliente PERU LNG. Se inició la instalación de equipamiento en Melchorita con miras a la calificación y construcción a empezar en mayo del 2007.

Se calificaron ambos procedimientos con resultados exitosos y su utilización se regulo con documentación de soldadura de uso mandatario en el proyecto.

9. CONCLUSIONES

 El proceso SMAW ha sido el más usado en la construcción de sistemas de transporte de hidrocarburos. La vasta experiencia y la continua aplicación de soldadores, hoy en día conducen al desarrollo de estudios que han permitido mejoras en los procedimientos, pudiendo evaluar los tipos de consumibles adecuados para evitar ambientes corrosivos, agrietamiento por fragilidad por hidrogeno, corrosión bajo tensión o fatiga en las juntas soldadas, así como el desarrollo de estudios para mantenimiento de oleoductos en servicio pudiendo modelar la carga calórica en la soldadura de mantenimiento previniendo fuertes gastos económicos por tiempos de parada y pérdidas humanas.

 Dada la necesidad de mejorar la eficiencia del proceso de soldadura SMAW, estudios comparativos con procesos semiautomáticos permiten ver que procedimientos

In document Centrality measures and analyzing dot-product graphs (Page 90-97)